Un nuevo hallazgo sobre el agua obligará a reescribir los libros de texto

Descubren que las moléculas de agua salada se organizan, en la superficie oceánica, de un modo totalmente distinto a lo que se pensaba, lo cual tiene importantes implicaciones para la química atmosférica y el clima

Descubren que el agua puede existir como dos líquidos diferentes a la vez

El gráfico representa la interfaz agua/aire en una solución de cloruro de sodio usada por los investigadores Yair Lipman

José Manuel Nieves

15/01/2024
Actualizado a las 16:37h.

Toca, de nuevo, reescribir los libros de texto. Y esta vez a causa de un descubrimiento, otro, sobre el agua, el líquido más conocido y a la vez más misterioso y extraño que existe.

Las dos terceras partes de la superficie de la Tierra ... están cubiertas de agua, y sin ella la vida en el planeta no sería posible. Pero eso no quita que se trate de una de las sustancias más extraordinarios que existen. Para empezar, es la única que podemos encontrar, en condiciones ambientales, tanto en estado líquido como sólido o gaseoso. Y sus propiedades anómalas, como el hecho de que al enfriarse se expande en vez de contraerse (razón por la que el hielo flota) traen de cabeza a los científicos desde hace siglos.

La lista de las propiedades únicas del agua es larga, pero no está, ni mucho menos, completa. De hecho, un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge y del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros acaba de añadir una nueva característica, desconocida hasta el momento pero que podría revolucionar nuestra comprensión sobre los fenómenos químicos, vitales para nosotros, que tienen lugar en la atmósfera: las moléculas de agua salada se organizan, en la superficie marina, de un modo totalmente distinto a lo que se pensaba.

Ni que decir tiene que existen numerosas e importantes reacciones que tienen lugar, precisamente, justo en el borde de la superficie oceánica, allí donde las moléculas de agua interactúan con el aire. Un ejemplo: la evaporación del agua de los océanos juega un papel fundamental en la química atmosférica responsable del clima terrestre.

Por eso, si resulta que las moléculas de ese agua marina superficial no se organizan de la forma que creíamos, su interacción con el aire puede afectar a los procesos atmosféricos, y al propio clima, de formas que ni siquiera habíamos sospechado hasta ahora. No en vano, los científicos llevan muchos años debatiendo intensamente sobre cuáles son las reacciones microscópicas exactas que se producen en esta importante interfaz agua/aire.

Una organización 'diferente'

En un artículo que aparece hoy mismo en 'Nature Chemistry', los investigadores británicos y alemanes muestran que los iones y las moléculas de agua en la superficie de la mayoría de las soluciones de agua salada, conocidas como soluciones de electrolitos, están organizadas de una manera sorprendente y distinta por completo de la que se pensaba hasta el momento. Un hallazgo que podría conducir a mejores modelos de química atmosférica y tener otras importantes aplicaciones prácticas.

Con su trabajo, los investigadores se propusieron estudiar cómo las moléculas de agua se ven afectadas por la distribución de iones en el punto exacto donde el aire y el agua se encuentran. Tradicionalmente, esto se hacía con una técnica llamada 'generación vibratoria de suma de frecuencia' (VSFG), con la cual, y por medio de radiación láser, es posible medir las vibraciones moleculares directamente en estas interfaces clave. Sin embargo, y aunque se puede medir la intensidad de las señales, la técnica no permite distinguir entre señales positivas y negativas, lo que ha dificultado mucho hasta ahora la interpretación de los datos.

Una técnica nueva

Los autores del nuevo artículo, sin embargo, consiguieron evitar ese grave inconveniente usando una forma más sofisticada de VSFG (llamada HD-VSFG) para estudiar diferentes soluciones de electrolitos. Con esos datos, desarrollaron después modelos informáticos avanzados para simular la interfaz agua/aire en diferentes escenarios.

Los resultados muestran que tanto los cationes (iones cargados positivamente), como los aniones (los que llevan carga negativa) se agotan en la interfaz agua/aire. Y que los cationes y aniones de electrolitos simples son capaces de orientar las moléculas de agua tanto hacia arriba como hacia abajo. Lo cual no coincide con los modelos de los libros de texto, que enseñan que los iones forman una doble capa eléctrica y orientan las moléculas de agua en una sola dirección.

«Nuestro trabajo - explica Yair Litman, co-primer autor del estudio- demuestra que la superficie de soluciones de electrolitos simples tiene una distribución de iones diferente de lo que se pensaba anteriormente. Y que el subsuelo enriquecido en iones determina cómo se organiza la interfaz: en la parte superior hay algunas capas de agua pura, luego una capa rica en iones y finalmente la solución salina a granel».

Kuo-Yang Chiang, también co primer autor de la investigación, afirma por su parte que «este artículo muestra que combinar HD-VSFG de alto nivel con simulaciones es una herramienta de incalculable valor que contribuirá a la comprensión a nivel molecular de las interfaces líquidas». Algo que, como muy bien saben los científicos, ocurre continuamente en todas partes en nuestro planeta, por lo que estudiarlas no solo ayudará a comprender mejor cómo funciona nuestro mundo, sino que también conducirá a tecnologías y dispositivos mucho mejores que los actuales.

Con todo, hay algo de lo que los investigadores están completamente seguros: el agua no ha dicho todavía su última palabra, y guarda muchos secretos que están aún por descubrir.